CN104466278B - 一种电池在线检测、修复及评估的方法 - Google Patents

Abstract

本发明研究一种集电池在线检测、修复、运行寿命及修复价值评估于一体的蓄电池运行管理体系。开发一种变电站蓄电池的在线检测系统，该系统将为变电站蓄电池的日常维护检测提供有效的技术手段，实现综合分析、智能管理、自动报警以及网络监控等多种功能。建立一种变电站蓄电池运行寿命、修复价值的评估体系，利用该体系根据电池的应用寿命、修复价值等主要指标对变电站蓄电池进行评估、区分、筛选；确定一种或多种的蓄电池修复回收再利用方法，将符合修复标准的蓄电池进行修复，对不符合修复标准的或没有修复必要的废旧蓄电池按照国家固废标准进行处理。

Description

一种电池在线检测、修复及评估的方法

技术领域

本发明建立变电站蓄电池在线检测、评估、修复于一体的管理体系，用于变电站用蓄电池的运维和修护，将符合修复标准的蓄电池进行修复，修复后应用于辽宁电能公司的风电微网系统。

背景技术

蓄电池是变电站站用电源中直流供电系统的重要组成部分，主要为电力系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的电力保障，确保变电站控制、保护、通信设备的正常运行。目前，在变电站蓄电池的维护中，必须靠运维人员定期到变电站现场进行核对性放电、外观检查、端电压检测等。随着变电站直流设备和蓄电池的大量增加，直流维护人员缺少的矛盾日益突出，无法保证按期按量完成直流设备和蓄电池的检测维护工作。而除了正常的使用寿命周期外，由于电池使用不当等问题导致一些蓄电池早期失效的现象时有发生，无人值守变电站直流电源一旦出现问题，要等到下次巡检或发生故障后才能知道，整个维护大部分都是滞后的，无法根据检测蓄电池的工作状态及时对电池运行寿命和落后电池修复价值进行有效地评估，无法保证及时发现隐患、消除缺陷，无法保证蓄电池组运行在良好状态。这就对蓄电池运行管理提出新的课题，建立蓄电池检测、修复、评估体系已成必然趋势。

在变电站蓄电池运维技术的发展过程中，更多学校和企业只是侧重于其中一项，本项目研究一种集电池在线检测、修复价值、运行寿命评估以及再生利用于一体的变电站蓄电池运行管理体系。

发明内容

发明目的：本发明提供一种电池检测、修复及评估的方法，其目的在于解决变电站的蓄电池不能在线进行检测、评估、修复方面存在的问题。

技术方案：

一种电池在线检测、修复及评估的方法，其特征在于：该方法按如下步骤进行：

（1）实时检测:实时远程监控和采集蓄电池组组端电压、单体电压、电流、环境温度、电池运行状态等参数；

（2）内阻监控:在蓄电池组在线常规监控的基础上，增加在线测试每个蓄电池的内阻，能准确发现故障单体；

（3）实时告警：当监测到某个单体的内阻值超过设定的门限值时自动告警；

（4）远程智能充放电：首先进行远程控制蓄电池组逐组实现“在线”恒流放电；放电过程中，被测蓄电池组无需脱离系统，保持实时在线，最大限度地保证系统的备份电池组剩余容量，以达到安全放电容量测试的目的；放电结束后，系统对蓄电池组进行在线充电恢复，可根据蓄电池组的容量和放电深度自动采用合适的充电电流进行充电，避免出现大电流充电和过充电等现象产生；

（5）在线除硫化修复：采用脉冲谐振的方法，对于已经硫化的单体电池可以起到渐进除硫的效果，达到在线修复并提升落后电池容量的作用，以使部分落后电池得以继续在网使用，同时使蓄电池各单体内阻和电压的一致性；

（6）远程数据库管理分析：通过各种网络传输方式，将系统实时采集的各站点的蓄电池组数据，包括放电测试数据，浮充数据、性能参数，传输到蓄电池组数据分析管理平台，完成对于上传的各个站点蓄电池组数据的综合分析处理，自动显示和分析各组蓄电池组的运行参数、自动绘出放电数据曲线等各种图表，自动分析和判断各个站点蓄电池组的隐患程度并及时发出警报信息，同时将报警事件备案存储，以备查询。

2、根据权利要求1所述的电池在线检测、修复及评估的方法，其特征在于：在步骤（6）中，依据蓄电池检测数据，研究对蓄电池组进行在线修复价值分析，对不能修复的蓄电池组进行更换，对更换下的电池进行再生修复价值评估，是根据电池型号、生产年限、使用状况和环境，建立一个变电站蓄电池修复价值评估分级体系。

本发明的优点及应用效果是：

优点：

（1）变电站蓄电池的在线检测系统：该系统将为变电站蓄电池的日常维护检测提供有效的技术手段，实现远程放电、在线修复、综合分析、智能管理、自动报警以及电科院评价大厅远程监控等多种先进功能。

（2）变电站蓄电池修复价值、应用寿命评估体系：分析电池静态内阻值、动态内阻值、浮充电压值、充电效率、电池实际使用情况、环境温度、直流设备参数的设置、型号、品牌、生产年限、运行日期以及蓄电池在过去使用中完全充放电的次数和放电深度等变电站直流系统运行维护参数，在各种条件组合下将电池进行循环寿命试验，并记录试验数据，统计并评估各种条件下电池循环寿命条件。利用该体系根据电池的应用寿命、修复价值等主要指标对变电站蓄电池进行评估、筛选。

（3）修复后电池的回用：建立变电站蓄电池在线检测、评估、修复于一体的管理体系，用于变电站蓄电池的运维和修护，将符合修复标准的蓄电池进行修复，修复后应用于辽宁电能公司的风电微网系统。

应用效果：

该体系建成之后，对于变电站用蓄电池日常维护有着重要的意义，大幅提高了电池的使用寿命，减少了人员维护成本，电科院设备评价系统可以及时发现预警电池所出现的状况，降低生产风险，对废旧蓄电池进行有效的修复和回收再利用于辽宁电能公司的风电微网系统，有效的保护了环境，填补了辽宁电网在变电站用蓄电池管理方面的空白。

附图说明：

图1为本发明蓄电池检测、修复、评估、再利用流程图。

具体实施方式：

为了克服现有技术中存在的问题，本发明以国家电网公司无人值守变电站的指导思想为出发点，以蓄电池设备的实际运行状况为基础，通过对变电站蓄电池的在线检测数据、运行寿命及设备参数的获取和分析，实现蓄电池修复价值评估、在线离线修复以及回收再利用于变电站或辽宁电能公司的风电微网系统，并将蓄电池性能在线数据远程传输到电科院设备评价系统，使管理部门实时掌握蓄电池运行情况。

主要研究内容

1.研究变电站蓄电池在线检测修复系统，该系统是按照如下步骤进行：

（1）实时检测:实时远程监控和采集蓄电池组组端电压、单体电压、电流、环境温度、电池运行状态等参数。

（2）内阻监控:在蓄电池组在线常规监控的基础上，增加在线测试每个蓄电池的内阻，可及时准确了解蓄电池的性能状态，发现故障单体。

（3）实时告警：当监测到某个单体的内阻值超过设定的门限值时，系统会自动告警。

（4）远程智能充放电：远程控制蓄电池组逐组实现“在线”恒流放电，放电过程中，被测蓄电池组无需脱离系统，保持实时在线，最大限度地保证系统的备份电池组剩余容量，以达到安全放电容量测试的目的。放电结束后，系统能对蓄电池组进行在线充电恢复。可根据蓄电池组的容量和放电深度自动采用合适的充电电流进行充电，避免出现大电流充电和过充电等现象产生。整个放充电过程全部自动完成，放电过程中无需工作人员到现场操作，无需人员值守，大大节约人力成本，提高劳动效率。

（5）在线除硫化修复：采用最先进的脉冲谐振技术，对于已经硫化的单体电池可以起到渐进除硫的效果，达到在线修复并提升落后电池容量的作用，以使部分落后电池得以继续在网使用，降低蓄电池的报废数量。对于尚未硫化的电池可以起到预防电池极板硫化的作用，同时改善蓄电池各单体内阻和电压的一致性，延长蓄电池在网运行时间，减少蓄电池出现质量问题的概率，降低蓄电池的报废数量。

（6）远程数据库管理分析：通过各种网络传输方式，将系统实时采集的各站点的蓄电池组数据（包括放电测试数据，浮充数据、性能参数等），传输到电科院设备状态评价大厅专业化的蓄电池组数据分析管理平台，完成对于上传的各个站点蓄电池组数据的综合分析处理，自动显示和分析各组蓄电池组的运行参数、自动绘出放电数据曲线等各种图表。自动分析和判断各个站点蓄电池组的隐患程度并及时发出警报信息，同时将报警事件备案存储，以备查询。

2.研究蓄电池修复价值、应用寿命分级评估技术。

依据蓄电池检测数据，研究对蓄电池组进行在线修复价值分析，对不能修复的蓄电池组进行更换，对更换下的电池进行再生修复价值评估，预估电池运行寿命；对电池组进行在线修复后循环运行寿命的预判，以及对更换下的电池进行再生利用运行寿命的预估，根据电池型号、生产年限、使用状况和环境，建立一个科学严谨的变电站蓄电池修复价值评估分级体系。

3.研究电池再利用技术；

研究电池在实际使用过程中的状况对电池各种失效原因的影响，依据电池失效原因研究不同电池修复技术以及不同组合分别对电池容量提升的程度。不同电池的修复技术研究其修复周期、过程，研究修复后的电池组合条件。研究风电储能电池使用的标准和变电站电池使用标准，对符合规范的电池组应用于风电储能相应实际检验，对不能修复的电池按国家固废标准处理。

主要试验情况：

（1）对蓄电池在线检测系统软硬件的试验。

（2）对废旧蓄电池修复技术能力的试验。

（3）试验各参数对蓄电池寿命影响。

（4）试验各参数与蓄电池修复价值的关联。

（5）试验整套变电站蓄电池运行管理体系是否科学、合理、经济、环保。

（1）研究变电站蓄电池应用现状及消耗情况，开展在线检测并完成修复

本发明研究的关键是蓄电池在变电站实际应用中消耗情况和在线检测电池组的具体参数类别和数值（内阻值、浮充电压值及差、温度等参数状态），并参考动环监控参数，在各种参数的组合下，电池实际应用容量与预估容量的差值。难点是在不同状态下研究电池更换的各种条件和经在线修复的电池实际应用寿命的评估技术。

数据采集：电池工况参数是电池健康状态评估的依据，只有釆集到的数据准确，才能保证微控制器根据电池电压、电流及温度参数对单体电池做出正确的响应处理，因此，应该尽量满足数据的精度和采样频率的要求。

SOC计算:电池剩余电量SOC即state of charge的缩写，是描述电池剩余电量的重要物理量。SOC定义为铅酸蓄电池使用一段时间后的剩余容量与电池的额定容量之间的比值，通常用百分数表示。

安全保护:蓄电池在充放电的过程中，经常会出现充放电电流、电压过大的情况，要保证电池工作安全，就要在充放电过程中进行过流与过压安全保护。

数据通信:主要釆用TCP/IP通信方式与上位机进行数据通信，通过上位机监控电池的实吋状态。

（2）蓄电池应用寿命、修复价值等分级评估技术研究

蓄电池应用寿命研究的关键是蓄电池寿命与运行参数的关系，与电池静态内阻值、动态内阻值、浮充电压值、充电效率、电池实际使用情况、环境温度、直流设备参数的设置、型号、品牌、生产年限、运行日期等各参数的关联。难点是在各种条件组合下将电池进行循环寿命试验，并记录试验数据，统计并总结各种条件下电池循环寿命的次数，预估使用寿命。

蓄电池修复价值研究的关键是对电池各种失效模式的研究，分析90%以上失效原因，并采取相对应的修复技术。难点是电池内部电化学的不确定性，电池在过去使用中完全充放电的次数和放电深度以及实际使用环境温度等对电池内部活性物和板栅造成很大的物理损害，这些内部因素严重影响了电池修复价值的判断。

（3）研究电池再利用技术

本发明研究的关键是蓄电池在线使用的运行环境和电池容量下降的原因，电池漏液、变形、硫化、热失控等，单一修复方式能够提高电池容量的程度，和采取不同组合修复方式提高电池容量比值。难点是电池内部电化学的不确定性对分析电池内部失效模式的部分不能够确定，很难有效地采取单一修复模式，不同脉冲修复电池去硫化的过程量化的不确定性研究也将加大研究的难度。

该体系大幅提高蓄电池的使用寿命，减少人员维护成本，可以及时发现预警电池所出现的状况，降低生产风险，减少因处理滞后造成的资源浪费和经济损失，对废旧蓄电池进行有效的修复和回收再利用，有效的保护环境，节约能源，提高电网的经济运行效益，对电网电能质量的持续改进将发挥越来越显著的作用，同时必将成为推动国家环境保护公益事业的一项积极有效的措施。

Claims (1)

1.一种电池在线检测、修复及评估的方法，其特征在于 ：该方法是将变电站的蓄电池组按如下步骤进行 ：

（1）实时检测 : 实时远程监控和采集蓄电池组组端电压、单体电压、电流、环境温度、电池运行状态参数 ；

（2）内阻监控 : 在蓄电池组在线常规监控的基础上，增加在线测试每个蓄电池的内阻，能准确发现故障单体 ；

（3）实时告警 ：当监测到某个单体的内阻值超过设定的门限值时自动告警 ；

（4）远程智能充放电 ：首先进行远程 控制蓄电池组逐组实现“在线”恒流放电 ；放电过程中，被测蓄电池组无需 脱离系统，保持实时在线，最大 限度地保证系统的备份电池组剩余容量，以达到安全放电容量测试的目的 ；放电结束后，系统对蓄电池组进行在线充电恢复，根据蓄电池组的容量和 放电深度自动采用充电 电流进行充电，避免出现大电流充电和过充电现象产生 ；

（5）在线除硫化修复 ：采用脉冲谐振的方法，对于已经硫化的单体电池可以起到渐进除硫的效果，达到在线 修复并提 升落后电 池容量的 作用，以使 部分落后 电池得以 继续在网 使用，同时改善蓄电池各单体内阻和电压的一致性 ；

（6）远程数据库管理分析 ：通过各种网络传输方式，将系统实时采集的各站点的蓄电池组数据，包括放电测试数 据，浮充数据、性能参数，传输到 蓄电池组数据分析管理平台，完成对于上传的各个站点蓄电 池组数据的综合分析处理，自动 显示和分析各组蓄电池组的运 行参数、自动 绘出放电 数据曲线各种图 表，自动分 析和判断 各个站点 蓄电池组的隐患程 度并及时发出警报信息，同时将报警事件备案存储，以备查询；

依据蓄电池检测数据，研究对蓄电池组进行在线修 复价值，对不能修复的蓄 电池组进行更换，对更换下 的电池进 行再生修 复价值评 估，是根据 电池型 号、生产年 限、使用状 况和环境，建立一个变电站蓄电池修复价值评估分级体系，对废旧蓄电池进行有效的修复和回收再利用于风电微网系统。